El Museu Diocesà de Tarragona, al qual s'accedeix des del claustre de la catedral, està format per quatre sales, la darrera reforma de les quals es dugué a terme el 2014. Aquests 4 espais ofereixen un recorregut cronològic, des dels romans fins al segle XVIII. Els orígens de les col·leccions es remunten a mitjans del segle XIX, tot i que el Museu es fundà el 1914 pel bisbe Antolín López Peláez acollint objectes litúrgics i obres d'art procedents del Capítol Catedralici, de parròquies de la diòcesi, de congregacions religioses i de particulars. Amb el temps les col·leccions han crescut fins a arribar a conservar uns 10.000 objectes.

Del Museu, que conserva objectes litúrgics dels segles VI-VII i talles del segles XII i XIII, en destaquen les seves col·leccions gòtiques (segles XIV-XV), especialment de pintura, escultura i orfebreria, entre les que es poden trobar obres d'autors del corrent internacional tant destacats com Bernat Martorell, Jaume Ferrer II o Lluís Borrassà entre altres. Del renaixement, el Museu exposa obres de producció local, mentre que del barroc (segle XVII i XVIII) en sobresurten les obres de Lluís i Francesc Bonifàs i Massó.